CN101892813B - 一种能减轻粘滑现象的钻铤 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于钻井工程中在钻柱下部连接的能减轻粘滑现象的钻铤。它能有效地减轻粘滑现象对钻头和钻柱的损伤。其技术方案是：钻铤外层是钻铤外管，钻铤内层是钻铤内管；在钻铤外管的下端径向对称设置外管端面限位块，在钻铤内管的下端径向对称设置内管端面限位块，钻铤内管的上端面设置有推力轴承；在钻铤外管的内圆柱面上设置有对称外管圆柱面限位块，在钻铤内管的外圆柱面上设置有对称内管圆柱面限位块。在钻铤两端钻铤外管与内管之间设置密封装置。在钻铤外管的内圆柱面上径向对称开有两个径向对称的圆弧槽，圆弧槽间是外管圆柱面限位块。本钻铤减轻了粘滑现象和动载荷过载，增加了钻头和钻柱的寿命，用于石油天然气及地质钻井工程中。

Description

一种能减轻粘滑现象的钻铤

技术领域

本发明涉及一种用于石油天然气钻井及地质勘探钻井在钻柱下部连接的能减轻粘滑现象的钻铤，属于钻井工具。

背景技术

钻铤处在钻柱的下部，是下部钻具组合的主要组成部分。其主要特点是壁厚大(一般为38至53毫米，相当于钻杆壁厚的4至6倍)，具有较大的重力和刚度，它在钻井过程中主要起以下几方面的作用：1、给钻头施加钻压；2、保证压缩条件下的必要强度；3、减轻钻头的震动、摆动和跳动等，使钻头工作平稳；4、控制井斜。

钻铤有许多不同的形状，如圆的、方的、三角形和螺旋形的。最常用的是圆形(平滑的)钻铤和螺旋形钻铤两种。

在钻井过程中，钻杆驱动力近似等于钻头阻力的平均幅值，且阻力不稳定变化，当钻头与井底岩石阻力大于钻杆驱动力，钻头和钻杆转速大幅降低，当钻杆驱动能量积累到一定程度时，钻杆驱动力大于阻力，钻头和钻杆的钻速将急剧增加，这种钻头和钻杆转速的大幅度突减和突增称为粘滑现象。

粘滑现象会很大程度的影响钻头的寿命，容易引起钻头提前失效以及钻柱扭转过载。目前，减轻粘滑现象是钻铤研究的重要课题。

发明内容

本发明的目的是：为了克服钻井过程中出现粘滑现象，从而影响钻头的寿命，引起钻头提前失效及钻柱扭转过载，特提供一种能减轻粘滑现象的钻铤。

为了达到上述目的，本发明解决此技术问题的技术方案是：一种能减轻粘滑现象的钻铤，是由钻铤外管、钻铤内管组成，其结构特征是：钻铤外层是钻铤外管，钻铤内层是钻铤内管；端面限位方案中，在钻铤外管的下端径向对称设置2个外管端面限位块，在钻铤内管的下端径向对称设置2个内管端面限位块，钻铤内管的上端面设置有推力轴承；圆柱面限位方案中，在钻铤外管的内圆柱面上设置2个对称外管圆柱面限位块，在钻铤内管的外圆柱面上设置2个对称内管圆柱面限位块。钻铤内管、外管能在限位块限制的角度范围内相对转动。在钻铤两端钻铤外管与钻铤内管之间设置有密封装置，防止泥砾进入。钻铤外管的材料比重大于钻铤内管的材料比重。在钻铤外管的内圆柱面上径向对称开有两个径向对称的圆弧槽，在两个圆弧槽之间是两个外管圆柱面限位块。

在钻井过程中，钻铤外管随钻杆、钻铤内管一起高速转动，当钻头与井底岩石阻力大于钻杆驱动力，钻杆与钻铤内管速度突然降低，钻铤外管由于惯性仍保持高速转动，钻铤外管上的限位块由于惯性冲击内管上的限位块，从而钻铤外管的部分动能传递给钻铤内管，外管速度降低，内管和钻杆的速度回升，回升过程中在电机驱动下钻杆和钻铤内管的速度会大幅增加，外管限位块将反方向冲击内管限位块，内管的部分动能传递给外管，使内管和钻杆速度增加减慢，减轻了粘滑现象的对钻头和钻柱的损伤。

本发明与现有技术比较具有以下有益效果：(1)钻铤外管与钻铤内管的能量传递减轻了粘滑现象和动载荷过载，增加了钻头和钻柱的寿命；(2)钻铤外管的材料比重大于内管的材料比重，不仅能提供更大的冲击力，而且能在钻铤体积一定时增大钻压，更好的达到钻井的需求。

附图说明

图1为本发明能减轻粘滑现象的钻铤的结构示意图。

图2是本发明钻铤端面限位图1的A-A剖视图。

图3为本发明钻铤圆柱面限位的结构示意图。

图4是本发明钻铤圆柱面限位图3的B-B剖视图。

图中：1、钻铤外管 2、钻铤内管 3、内管端面限位块 4、外管端面限位块 5、推力轴承 6、外管圆柱面限位块 7、内管圆柱面限位块 8、圆弧槽 9、密封装置。

具体实施方法

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。

根据图1、图2所示，一种能减轻粘滑现象的钻铤，包括有钻铤外管1、钻铤内管2、在钻铤外管1的下端径向对称设置有两个外管端面限位块4，钻铤内管2的下端的外径突增，与外管外径相等，且径向对称设置有两个内管端面限位块3，钻铤内管2的上端面设置有推力轴承5。本方案的特点是：钻铤分成钻铤外管1和钻铤内管2两层，钻铤外管1与钻铤内管2能在端面限位块限制的角度范围内相对转动。钻井过程中，钻铤外管1随钻铤内管2一起高速转动，当钻头与井底岩石阻力大于钻杆驱动力，钻铤内管2的转速突然降低，出现粘滑现象时，钻铤外管1由于惯性仍保持高速转动，外管转速大于内管转速，钻铤外管1上的外管端面限位块由于惯性冲击钻铤内管2上的内管端面限位块，将部分动能传递给钻铤内管2，从而使钻铤内管2的速度回升，回升过程中在电机驱动下钻杆和钻铤内管2的速度会大幅增加，外管端面限位块4将反方向冲击内管端面限位块3，使钻铤内管2和钻杆速度增加减慢。推力轴承5能承载钻铤外管1和减小摩擦。钻铤两端钻铤外管1与钻铤内管2之间设置有密封装置9，能防止泥砾进入。钻铤外管1的材料比重大于内管的材料比重。

根据图3、图4所示，一种能减轻粘滑现象的钻铤，包括有钻铤外管1、钻铤内管2，在钻铤内管1外圆柱面上径向对称设置有两个内管圆柱面限位块7，在钻铤外管1内圆柱面上径向对称开有两个径向对称的圆弧槽8，在两个圆弧槽8之间是两个外管圆柱面限位块6，钻铤内管的上端面设置有推力轴承5。本方案的特点是：钻铤分成钻铤外管1和钻铤内管2两层，内管圆柱面限位块7能随钻铤内管在钻铤外管1的圆弧槽8中转动。钻井过程中，钻铤外管1钻铤内管2一起高速转动，当钻头与井底岩石阻力大于钻杆驱动力，钻铤内管2的转速突然降低，出现粘滑现象时，钻铤外管1由于惯性仍保持高速转动，外管转速大于内管转速，外管圆柱面限位块6由于惯性冲击的内管圆柱面限位块7，从而使钻铤内管2的速度回升，回升过程中在电机驱动下钻杆和钻铤内管2的速度会大幅增加，内管圆柱面限位块7将冲击外管圆柱面限位块6，使钻铤内管2和钻杆速度增加减慢。推力轴承能承载钻铤外管1和减小摩擦。钻铤两端钻铤外管1与钻铤内管2之间设置有密封装置9，能防止泥砾进入。钻铤外管1的材料比重大于内管的材料比重。

本发明实际投入生产时不需改变钻柱的原有的体积和连接结构，具有较大的工程应用价值。

Claims (3)

1.一种能减轻粘滑现象的钻铤，由钻铤外管、钻铤内管组成，其特征在于：钻铤外层是钻铤外管(1)，钻铤内层是钻铤内管(2)；在钻铤外管(1)的下端径向对称设置2个外管端面限位块(4)，在钻铤内管(2)的下端径向对称设置2个内管端面限位块(3)，在钻铤内管(2)的上端面设置有推力轴承(5)；在钻铤外管(1)的内圆柱面上设置2个对称外管圆柱面限位块(6)，在钻铤内管(2)的外圆柱面上设置2个对称内管圆柱面限位块(7)；钻井过程中，出现粘滑现象时，钻铤外管(1)上的外管端面限位块(4)由于惯性冲击钻铤内管(2)上的内管端面限位块(3)；钻铤外管(1)上的外管圆柱面限位块(6)由于惯性冲击钻铤内管(2)上的内管圆柱面限位块(7)。

2.根据权利要求1所述的钻铤，其特征是：在钻铤两端钻铤外管(1)和钻铤内管(2)之间设置有密封装置(9)。

3.根据权利要求1所述的钻铤，其特征是：在钻铤外管(1)的内圆柱面上径向对称开有两个径向对称的圆弧槽(8)，两个圆弧槽(8)之间是两个外管圆柱面限位块(6)。

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